Пьезооптический измерительный преобразователь

Авторы патента:

G01L1/24 - путем измерения изменения оптических свойств напряженных материалов, например путем фотоупругого анализа напряжений

Союз Советскик

Социапистическиз

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ е 939974

1 вЂ”..1

-Ф. (6l ) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 30. 12.80 (2! ) 3225684/18-10 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 30.06.82. Бюллетень № 24

Дата опубликования описания 03.07.82 (5! )М. Кл.

601 Ь 1/24

3Ьеуаарстееккм1 камктет

СССР ае делам изобретение и отермткя (53) УДК 531.781 (088.8) I

I l. у к gh .. 4 Ф .w j !

УА Жчтт!0. 4ск к

Инстйтут тябрВВЖР Т81 Л (72) Авторы изобретения

H. П. Удалов и В. А. Ширяев

Московский ордена Ленина н ордена Октябрьско авиационный институт нм. Серго Орджоникидзе механики Московского ордена Ленина, ордена О

Революции и ордена Трудового Красного Знамени университета нм. Ломоносова (71) Заявители г Осу д& pc TB (54) ПЬЕЗООПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕ РИТЕ ЛЬНЫЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ форму (2) 1

Изобретение относится к измеритель ной технике и в частности к оптическим измерительным системам и предназначено дпя измерения механических величин: сил, давлений, ускорений и е. д. э

Известны пьмюоптические изме рительные преобразователи, содержащие расположенные последовательно упругий элемент, источник света, поляризатор из прозрачного фотоунругого материала, ана- 1 лизатор, фаэосдвигаюшие пластинки и фотоприемники 11) .

Однако грани упругих элементов в этих преобразователях имеют плоскую форму.

Наиболее близким по технической сущ- т5 ности к предлагаемому является фотоупругий динамометр, содержащий оптическую систему из поспедовательно расположенных источника света, поляризатора, упругого элемента из прозрачного 4отоупру- 20 гого материала, фазосдвигающей пластинки, анализатора и фотоприемника. Поверхность упругого элемента имеет сферическую

В преобразователе нельзя применять весьма перспективные для увеличения чувствительности кристаллические упругие элементы, обладающие исходной оптической анизотропией. Это связано с тем, что в большинстве преобразователей используются малогабаритные, бесконденсорные источники света с расходящимся световым пучком. Такой пучок обраэудт на выходе из анизотропного упругого элемента с плоскими гранями узкополосную коноскопическую ннтерференционную картину, так как по мере наклона световых лучей относительно индикатрисы уп« ругого элемента величина их двулучепреломления изменяется и изменяется их взаимный фазовый сдвиг, Эти изменение лишь частично компенсируется изменением фазового сдвига, возникающим вследствии удлинения хода лучей в упругом элементе при их наклоне относительно его входной грани. Появление коноскопической интерференционной картины резко снижает чувст вительность преобразователя, так как для

3 93997 его нормальной работы ширина интерференционной полосы должна значительно превышать ширину экрана фотоприемника.

Пель изобретения вЂ” повьппение чувствительности преобразователи.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь введена вторая фазосдвигаюшая пластинка и фотоприемник, а грань упругого элемента, нормаль- ная к оси симметрии светового пучка, вы-10 полнена в форме поверхности второго порядка в соответствии с соотношением

Х (<+2к) 15 формула изобретения

l1e 80 где 6 - толщина упругого элемента в рассматриваемом направлении, м; - длина волны света, м

К - целое число; вЂ” показатели преломления матес, о риала упругого элемента обыкновенного и необыкновенного лучей; - угол между осью симметрии и направлением светового луча, рад.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3950987, кл. 78-141А; 1976.

2. Авторское свидетельство СССР № 305372, кл. G01 Ь 1/24, 06.02.70 (прототип) . где 8 - толщина упругого элемента в рассматриваемом направлении,м;

А - длина волны света, м; (вЂ” целое число; и вЂ” показатели преломления мате0 риала упругого элемента обыкновенного и необыкновенного лучей; ф - угол между осью симметрии и направления светового пучка, рад.

На чертеже изображен предлагаемый преобразователь.

Преобрааователь содержит оптическую систему из последовательно расположенных источника 1 света, поляризатора 2, упругого элемента 3, одной из граней которого придана кривизна второго порядка, фазосдвигаюших пластинок 4, анализатора 5 и фотоприемников 6.

На чертеже изображен момент, когда упругий элемент изготовлен иэ одноосного кристалла, причем оптическая ось упругого элемента параллельна его входной грани и плоскости наклона светово- 40 го пучка.

Преобразователь работает следующим образом.

B отсутстаии измеряемой силы световой пучок распадается в упругом алемен- те на две составляющие, которые накапливают по мере прохождения через упругий эпемент некоторый одинаковый фазовый сдвиг, одинаковый по всему сечению пучка. Это достигается благодаря увели50 чению хода пучка в упругом элементе по мере увеличения угла наклона 9. Ч аким образом обеспечивается, так называемая;. бесконечная" ширина интерференционных полос и равномерная начальная засветка

55 фотоприемников на всей плошади.

4 4

При приложении измеряемой силы изменяется аниэотропия упругого элемента, что создает рабочее приращение фазовых сдвигов составляющих световых пучков. Благодаря фазосдвигающим пластинкам 4, обеспечивающим разность фазовых сдвигов составляющих световых пучков, в каналах на целое нечетное число полупериодов, приращение освещенностей фотоприемников имеют разные знаки.

Разность фототоков фотоприемников является выходным сигналом преобразователя.

Применение преобразователя позволитна один-два порядка увеличить чувствительность пьеэооптических преобразователей за счет использования в упругих элементах высокочувствительных анизотропных кристаллических материалов.

Пьезооптический измерительный преобразователь, содержащий оптическую систему из последовательно расположенных источника света, поляризатора, упругого элемента иэ прозрачного фотоупругого материала, фаэосдвигаюшей пластинки, анализатора и фотоприемника, отличающийся тем,что,с целью повышения чувствительности, в него введены вторая фазосдвигаюшая пластинка и фотоприемник, а грань упругого элемента, нормальная к оси симметрии светового пучка, выполнена в форме поверхности второго порядка в соответствии с соотношением

3 (Ф ) 939974

Составитель А. Северин

Редактор Е. Лушникова Техред Т.Фанта Корректор У, Пономаренко

Заказ 4654/6 1 Чу раж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Пьезооптический измерительный преобразователь

Способ линеаризации амплитудной характеристики параметрического измерительного преобразователя и устройство для его осуществления // 909596

Оптически активный материал для моделей конструкций // 896383

Модель для измерения контактных нормальных напряжений на рабочей поверхности штампа для обработки металлов давлением // 892206

Датчик контактного давления // 879335

Фотоупругий преобразователь // 872987

Пьезооптическое измерительное устройство // 864028

Устройство для измерения усилий // 847086

Тензофотопреобразователь // 847085

Силоизмерительное устройство // 832363

Пьезооптический измеритель механических величин // 2109258

Оптический способ измерения силы // 2115100

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно к средствам измерения силы, вызывающей деформацию или перемещение чувствительного элемента, регистрируемые оптическими средствами

Лазерный интерферометрический преобразователь силы (варианты) // 2142122

Волоконно-оптические датчики давления и система измерения давления, их включающая // 2205374

Волоконно-оптический датчик температуры и деформации // 2248540

Изобретение относится к области измерительной техники, телеметрии и оптоэлектроники и может быть использовано для контроля деформаций крупных сооружений, в электротехнической промышленности при измерении температурных режимов трансформаторов, в геологической разведке при измерении распределения температуры вдоль скважин, в авиационной промышленности при контроле деформаций конструкций летательных аппаратов и т.д

Оптический тактильный датчик // 2263885

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к тактильным датчикам оптического типа

Средство определения напряжений // 2319941

Материал, чувствительный к давлению // 2335511

Изобретение относится к полимерному материалу, обладающему оптически детектируемым откликом на изменение нагрузки (давления), включающему полиуретановый эластомер, адаптированный для детектирования изменения нагрузки, содержащий алифатический диизоцианат, полиол с концевым гидроксилом и фотохимическую систему, включающую флуоресцентные молекулы для зондирования расстояния, модифицированные с превращением в удлиняющие цепь диолы, в котором мольное соотношение диолов и полиолов находится в диапазоне от приблизительно 10:1 до около 1:2, а фотохимическая система выбрана из группы, состоящей из системы эксиплекса и резонансного переноса энергии флуоресценции (FRET)

Способ контроля механических напряжений в кремниевой структуре пленка sio2 - подложка si // 2345337

Изобретение относится к электронной технике, в частности к микроэлектронике, и может быть использовано при изготовлении кристаллов ИС и дискретных полупроводниковых приборов

Оптический тактильный датчик и способ восстановления распределения вектора силы с использованием указанного датчика // 2358247

Изобретение относится к устройству и способу определения вектора силы и может быть использовано в тактильном датчике для руки робота